Version vom 13. Juli 2017, 14:31 Uhr

In diesem Wiki wird die Forschung einiger Professoren an der Hochschule Hannover zum Thema Dezentrale Heimautomatisierung beschrieben. Auf Basis der hier veröffentlichten Details werden an der Hochschule seit dem Jahre 2014 Labore durchgeführt und Bachelor/Master-Arbeiten betreut.

Dezentrale Heimautomatisierung (DHA)

Dezentral = Gegen den Trend?

Wer sich in das Thema Heimautomatisierung einliest, wird zunächst von der Vielfalt unterschiedlicher Konzepte, Geräte und Netzwerke erschlagen. Das ist für einen verbreiteten Einsatz der Heimautomatisierung sehr hinderlich und führt, zumindest im privaten Bereich, zu einem Investitionsstau. Ein Wettbewerb über einsetzbare Geräte kommt nicht zustande, was sich oft in sehr hohen Preisen niederschlägt. Zwar bieten Baumärkte und Elektronikdistributoren inzwischen preiswerte Komplettanlagen, aber das sind Insellösungen, die einerseits über eine proprietäre Zentrale gesteuert werden und andererseits keine Möglichkeit zum Mischen oder Austauschen von Geräten unterschiedlicher Hersteller bieten.

Der Kunde wird über "traumhafte" Möglichkeiten verführt, ein bestimmtes System anzuschaffen und ist damit auch an die Eigenschaften genau dieses Systems gebunden. Zunehmend werden Steuerzentralen sogar als Dienstleistung außer Haus in sogenannten Clouds im Internet angeboten oder zumindest können sie aus dem World-Wide-Web bedient werden. Wenn wir das als "den Trend" ansehen, dann ist das hier vorgestellte Konzept einer dezentralen Heimautomatisierung tatsächlich gegen den Trend gerichtet.

Weiter unten wird noch gezeigt, dass zentralgesteuerte Anlagenteile durchaus als Modul einer insgesamt dezentral organisierten Heimautomatisierung eingesetzt werden können und sollen. Das ist auch eine Migration, bei der bereits existierende Teile in ein neues Konzept integriert werden. Und Zugänge über das Internet werden nicht ausgeschlossen, sind hier aber dem Gesamtkonzept der dezentralen Anwendung und ihrer spezifischen Sicherheitsstruktur untergeordnet.

Merkmale der dezentralen Heimautomatisierung

Die hier vorgestellte dezentrale Heimautomatisierung soll nach Möglichkeit dem Konzept des "Open Source" folgen und viele Interessenten gewinnen und zur Mitarbeit anregen. Dafür werden einige inhaltliche Richtlinien festgelegt, die die Zusammenarbeit vieler Entwickler an einer großen Aufgabe ermöglichen.

Autarke Komponenten

Die Komponenten (Geräte) der dezentralen Heimautomatisierung werden nach Sensoren und Aktuatoren unterschieden. Diese sind autark und können bestimmte Aufgaben allein, ohne die Mitwirkung anderer Geräte, ausführen. Sie sind sogenannte Agenten und haben einen oder mehrere Aufträge, die sie entweder allein oder im Zusammenspiel mit anderen Agenten ausführen.

Rundrufkommunikation

Alle wichtigen Informationen werden von den einzelnen Komponenten grundsätzlich als Rundruf ins Netzwerk gestellt. Das heißt, eine Information steht grundsätzlich allen (daran interessierten) Komponenten zur Verfügung. Dabei können beliebige geeignete Netzwerke (LAN, Funk, Power-Line, etc. mit Rundrufmöglichkeit) miteinander kombiniert werden (heterogene Struktur).

Offene Kommunikation

Die per Rundruf versendeten Informationen werden als Telegramme hier definiert und beschrieben. Sie werden unverschlüsselt übertragen (soweit nicht eine automatische Verschlüsselung durch das verwendete Netzwerk, z.B. bei WLAN, erfolgt). Die Sicherheit des Gesamtsystems basiert auf speziellen Maßnahmen (siehe unten).

Zustandsmaschinen

Die Komponenten der dezentralen Heimautomatisierung werden als Zustandsmaschinen gestaltet. Die einzelnen Zustände werden in diesem Wiki (ggf. im Gerätehandbuch) beschrieben. Der Zustand einer Komponente wird zyklisch (mit einer dem Informationsinhalt entsprechenden Zykluszeit) per Rundruf versendet. Damit kann jedes Gerät ermitteln, in welchem Zustand sich alle anderen Geräte befinden.

Entscheidungsträger

In zentralgesteuerten Anlagen wird in der Zentrale die Entscheidung zur Auslösung eines Aktuators getroffen. Bei der dezentralen Heimautomatisierung macht das der Aktuator selbst. Das heißt, ein Aktuator (z.B. eine Lampe, ein Türöffner oder ein Heizungsregler) entscheidet aufgrund seines Zustandes und der Informationen, die er per Rundruf von den anderen Geräten erhält (ggf. erhalten hat = Historie), ob er sein Stellglied betätigt (Licht An/Aus, Tür Auf/Zu, Heizkörper Öffnen/Drosseln).

Dieser Ansatz schließt nicht aus, dass es für ein Gerät eine spezifische Wartungskomponente gibt, auf deren Zustand der Aktuator unmittelbar reagiert.

Sicherheitskonzept

Auf der Verlagerung der Entscheidung in den Aktuator beruht auch das Sicherheitskonzept bei der dezentralen Heimautomatisierung. Der Aktuator trifft seine Entscheidung zur Auslösung seines Stellgliedes aufgrund vieler Kriterien. Dazu gehört auch die Plausibilität, Zuverlässigkeit und Authentizität der Informationen, die er über Rundruf empfangen hat. Das schließt nicht aus, dass er dafür mit weiteren speziellen Sicherheitskomponenten zusammenarbeitet.

Es geht bei diesem Sicherheitskonzept darum, einerseits die Kommunikation absolut offen zu halten und andererseits gezielte Manipulationen durch fremde Komponenten zu unterbinden.